揭密！各个品牌PLC的CPU内部使用的是什么芯片？

原创：PLC千千阙哥

「PLC快速入门 」

摘要：一般来说，PLC中最贵的部分是CPU模块，因为CPU模块是整个系统的控制中枢，相当于人的大脑和心脏。顾名思义，CPU模块是由CPU芯片和存储器、接口电路等一些外围器件组成的，那么，目前市场上，各个品牌的PLC CPU是采用哪些芯片呢？

1 PLC CPU模块的功能

CPU模块，是 PLC的核心，起着神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，控制整个系统工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

PLC中的CPU模块实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能，能正确地使用它就够了。

CPU 模块的外部表现就是它工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块上有各种状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。

除了显示，CPU模块还有各种总线接口，用于连接 I/O模块或底板，如内存接口用于安装内存卡，通讯口用于进行通讯。

CPU模块上，还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定PLC工作方式、内存区等。

2 各个品牌PLC CPU采用的芯片一览

我们知道，在本质上，PLC也是一种单片机，也要采用CPU芯片。市面上的PLC品牌和型号那么多，大家肯定很好奇，他们内部究竟是采用什么样的CPU芯片呢？本文就揭秘这个话题。

目前，对于CPU芯片，为了控制成本和后续升级维护方便，除了少数型号采用定制芯片外，大多数PLC品牌主要采用芯片厂家推出的通用芯片。

下面介绍各个品牌 PLC CPU芯片的使用情况

西门子 S7-300、S7-400系列的CPU芯片一直采用美国TI（德州仪器）生产的DSP；其中，414-3和414-4H主频为150MHz，417-4为200MHz。

西门子 S7-200系列小型PLC，是西门子从美国TI公司收购得来的产品，早期直接采用C51单片机，后来更新采用了TI公司的DSP，主频才24MHz，至今在中国市场仍大行其道。

美国GE公司 PAC RX3i 的CPU采用Intel的移动版Celeron（赛扬），处理器的主频为300Mhz；

美国GE公司 PAC RX7i 的CPU采用Intel的移动版Pentium3（奔腾3），处理器的主频为700Mhz；

施耐德 昆腾Quantum140 系列PLC采用Intel的移动版 Pentium MMX，主频为266Mhz；

美国罗克韦尔AB和霍尼韦尔HoneyWell的PLC，CPU都采用IBM制造的Power PC RISC芯片，主频才100MHz，虽然主频不高但性能依然很强劲。

和利时 DCS的CPU，采用Intel的486DX芯片，主频100Mhz；

GE-上海新华 DCS系统的CPU，采用Intel移动版Pentium2（奔腾2），主频400Mhz；

欧陆的T940X系列DCS，使用的是AMD的RISC芯片，主频133MHz；

中控的DCS ECS-100的CPU采用ARM芯片，主频才24MHz，但运算性能也足够用；

很多国产品牌PLC的CPU，都是采用意法半导体公司（ST）的STM32芯片，主频范围为36~72Mhz。

3 PLC CPU芯片性能不同，但实际使用差异并不明显

从以上一览表可以看出，各个品牌PLC采用的CPU芯片各种各样，主频更是从24Mhz~700Mhz，相差几十倍。

但在实际使用中，感觉他们彼此的差异并没有那么大，基本可以归类于同一个数量级。这是为什么呢？

原因就是相比于不同的硬件架构，不同的软件架构对性能有更大的影响。

在软件架构中，处于解释层的软件编译平台对性能影响占比最大。

而在分布式IO、DCS等大系统中，采用不同的网络架构对整体性能影响最大。

4 PLC芯片为什么不直接采用PC、手机芯片？

现在，PC、手机CPU芯片发展特别迅速，基本是一年一换代。

如高通推出的Qualcomm® 骁龙™ 660 处理器，采用14m八核架构，CPU频率2.2GHz，定位于中低端市场，目前已经被骁龙™ 710 处理器所替代。

如Intel公司的酷睿Core 四核处理器i5-8300H，采用4核8线程架构，主频2.3GHz，单核最大睿频4GHz，四核最大睿频3.9GHz，性能不知道比PLC使用的芯片高到哪里去了，而这还仅仅是一款快落伍的PC芯片。

既然PC和手机芯片性能这么强大，如果PLC采用这些CPU岂不是能上天？

现实情况是PLC的CPU芯片，最先进的也不过是Pentium3（奔腾3）这样的老古董。

存在即合理，这是因为除了成本以外，决定PLC或DCS使用PC、手机通用芯片最关键的问题是散热。

因为不管是寒冬还是酷暑，PLC都需要365天×24小时不间断稳定运行，而根据我们使用电脑、手机的经验，如果玩游戏或者打开大型软件，电脑和手机会发热、会变卡，甚至死机。

如果PLC直接使用电脑、手机CPU芯片，为了给CPU散热肯定要加个风扇，这样虽然散热没问题了，但风扇的寿命又是个问题。

另外风扇会增大PLC体积，导致安装不方便，同时风扇还要消耗电能，导致PLC电源规格也要增大，风扇还会导致PLC内部气流变化，把现场的很多腐蚀性的气体带进来，导致PLC内部器件提前老化.....等等问题。

总之，目前的PLC芯片虽然性能差一点，但完全能满足控制需求，而且相当稳定。

工业设备嘛，就该有工业设备的样子。

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单片机的大脑核心——CPU（中央处理器）

单片机之前我们介绍过（指路这篇文章——MCU芯片是指什么？），它是由一个是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。它的应用范围广泛，只要是电子产品几乎都有它的存在。

了解了单片机的整体信息我们接下来就来说一说它的部分组成之一——CPU（中央处理器）

什么是CPU（中央处理器）

我们知道单片机其实就是一个微型计算机，它由处理器CPU、随机储存器RAM、储存器ROM、输入输出口I/O等组成，而CPU则是单片机的主核心部分。我们可以把CPU对比成我们人类的大脑，它主要负责的是单片机内部的整体控制和运算，就像大脑控制我们的四肢和行为举动一样。CPU又由运算器和控制器组成，运算器是算术逻辑单元ALU（ArithmeTIc logic Unit），其功能是进行算术运算和逻辑运算；控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成，其功能是完成取指令、将指令译码形成各种微操作并执行指令，同时控制计算机的各个部件按部就班地工作。

CPU（中央处理器）的种类：

处理器基于复杂指令集和精简指令集可分为两类，两者的区别在于复杂指令集将更多的功能步骤集成在了CPU，而精简指令集则只有基本、简单的指令。但两者在开发代码之间并没有特别大的差异，我们可以根据需要不同领域和行业需求而选择其中一种指令集来作为开发架构。像我们常见的Intel和AMD的处理器多用于复杂指令集，而IBM和ARM的处理器则用于精简指令。

以ARM的ARM® Cortex™-M0内核的处理器为例，它具有最小的硅面积和极少的代码量，可以帮助开发人员以16和8位的价位实现32位性能，且处理器的低门数能够使其部署在需要简单功能的应用中，是一颗能效很高的处理器，可应用在设计约束的嵌入式应用。

Arm® Cortex®-M0 内核的关键特征：

Armv6-M架构

AHB-lite总线接口，冯·诺依曼总线架构，带可选单周期I/O接口

Thumb/Thumb-2子集指令支持

2段流水线

可选8区域MPU，带子区域和背景区域

不可屏蔽中断 + 1到32个物理中断

唤醒中断控制器

硬件单周期(32x32)乘法

多种休眠模式，带集成式等待中断(WFI)、等待事件(WFE)以及退出时睡眠功能、睡眠和深度睡眠信号

根据实现方式提供多种保留模式

JTAG和串行线调试端口，具有多达4个断点和2个观察点

可选微跟踪缓存

CPU在单片机上的应用：

芯海的CS32G020系列内嵌ARM® Cortex™-M0内核，主频最高48MHz，内置64K字节程序flash，数据flash大小可配置(与程序flash共享) ,4K字节LDROM，8K字节SRAM，主要应用于PC电源适配器、手机充电器、移动电源、车充、HUB等领域，同时它也支持很广泛的工业控制和需要高性能CPU的场合。

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